太原市2021 年10 月份PM2.5 變化特征

李永麒

（山西省太原生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山西 太原 030002）

引言

大氣細(xì)顆粒物（PM2.5，環(huán)境空氣中空氣動(dòng)力學(xué)當(dāng)量直徑≤2.5 μm 的懸浮顆粒去）在全球氣候變化中發(fā)揮著重要的作用[1]，它能夠降低大氣能見度，影響氣候系統(tǒng)的輻射平衡，并且危害人類身體健康[2-3]。PM2.5由多種化學(xué)成分組成，主要包括水溶性離子、各種礦物元素和有機(jī)物等，其中，水溶性離子是PM2.5的重要化學(xué)成分[4-5]，其能反映顆粒物的形成和表面性質(zhì)，改變顆粒物的酸堿性。研究PM2.5及其組分的大小、變化特征及來源情況對(duì)科學(xué)合理制定防控措施具有重要意義。本文利用PM2.5在線監(jiān)測儀（美國熱電）、Marga（瑞士萬通）及SPAMS（廣州禾信）對(duì)2021 年10 月份太原市PM2.5的濃度變化、主要組成及在線來源進(jìn)行了分析，以期為太原市環(huán)境空氣治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 儀器與方法

1.1 采樣地點(diǎn)和采樣時(shí)間

采樣點(diǎn)設(shè)在山西省太原生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心樓頂（37°52'09"N，112°32'13"E），距地面約15 m，采樣點(diǎn)地處商業(yè)、交通和居民混合區(qū)，周圍無高大建筑物，臨近街道，附近人流密集、車流量較大，可以代表太原市典型的城市環(huán)境。采樣時(shí)間為2021 年10 月份。

1.2 所用儀器

本研究所用儀器包括PM2.5在線監(jiān)測儀，美國熱電；在線氣體/氣溶膠監(jiān)測，Marga，瑞士萬通；單顆粒氣溶膠質(zhì)譜儀，SPAMS，廣州禾信。所有儀器均位于山西省太原生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心樓頂，除國控點(diǎn)位儀器外，其余2 臺(tái)儀器均按照要求定期進(jìn)行維護(hù)，確保數(shù)據(jù)連續(xù)性和準(zhǔn)確性。

2 結(jié)果與討論

2.1 10 月份太原市PM2.5 質(zhì)量濃度概況

2021 年10 月份太原市環(huán)境空氣質(zhì)量相對(duì)較好，優(yōu)良天數(shù)達(dá)標(biāo)率為93.5%，PM2.5質(zhì)量濃度為38 μg/m3，與去年同期相比，PM2.5質(zhì)量濃度下降35.6%，下降幅度較為明顯。圖1 為10 月份PM2.5小時(shí)質(zhì)量濃度變化情況，從圖1 中可知，絕大部分PM2.5小時(shí)質(zhì)量濃度值都處于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)線（75 μg/m3）以下，個(gè)別時(shí)段PM2.5濃度值較高，最高值出現(xiàn)在10 月20 日14 時(shí)，PM2.5小時(shí)質(zhì)量濃度值為136 μg/m3，達(dá)到中級(jí)污染水平。第301 頁圖2 為10 月份不同國控點(diǎn)位PM2.5質(zhì)量濃度均值比較情況，從圖2 中可知，總體上看，PM2.5質(zhì)量濃度呈現(xiàn)北低南高的變化情況，這與太原市地形、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)及氣象變化的情況基本一致。

圖1 10 月份PM2.5 小時(shí)濃度變化情況

圖2 各國控點(diǎn)位PM2.5 質(zhì)量濃度均值

2.2 PM2.5 主要組分分析

無機(jī)水溶性離子為PM2.5中最主要的組分，特別是經(jīng)二次反應(yīng)生成的三種離子占比最高，它們?nèi)咧驼糚M2.5的44.6%（見第301 頁表1）。從表1 中也可看出，2021 年10 月份二次離子離子質(zhì)量濃度同比均明顯下降，降幅在22%～32%；鎂離子、鈣離子等礦物質(zhì)離子降幅在35%～43%，鉀離子與鈉離子降幅在19%～47%。三者在PM2.5中的占比同比出現(xiàn)小幅升高，升幅在0.4%～2.5%，顆粒物的二次轉(zhuǎn)化有所加強(qiáng)。

表1 在線離子色譜離子濃度月度統(tǒng)計(jì)

2.3 PM2.5 源解析監(jiān)測結(jié)果

單顆粒質(zhì)譜儀采用自適應(yīng)共振理論神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ART-2a）對(duì)顆粒物進(jìn)行分析，然后再跟進(jìn)化學(xué)成分特征人為將這些顆粒物類型合并，能夠快速對(duì)PM2.5進(jìn)行在線來源解析[6-7]。圖3 為10 月份PM2.5在線源解析結(jié)果，從圖3 中可知，10 月份主要污染源為機(jī)動(dòng)車尾氣源（23.2%）和工業(yè)工藝源（21.8%），兩者占比之和為45%。本月二次無機(jī)源占比（22.5%）同樣也較大，顆粒物二次轉(zhuǎn)化生成對(duì)PM2.5濃度升高的影響不容忽視。此外進(jìn)入秋冬季后，燃煤源貢獻(xiàn)有小幅升高，應(yīng)引起關(guān)注。

圖3 太原市10 月份源解析結(jié)果

將10 月份不同污染等級(jí)下PM2.5在線源解析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果見圖4，從圖4 中可知，從優(yōu)至中度污染等級(jí)，桃園點(diǎn)位PM2.5質(zhì)量濃度從19 μg/m3升高至128 μg/m3，升幅約6 倍。優(yōu)至中度污染等級(jí)期間機(jī)動(dòng)車尾氣源占比上升了13.1%，顆粒數(shù)濃度從478 個(gè)/h 上升至4 953 個(gè)/h，升幅為9.4 倍；燃煤源占比上升了3.8%，顆粒數(shù)濃度從347 個(gè)/h 上升至2 660 個(gè)/h，升幅為6.7 倍；工業(yè)工藝源占比上升了2.4%，顆粒數(shù)濃度從593 個(gè)/h 上升至3 870 個(gè)/h，升幅為5.5 倍。此外從優(yōu)至中度污染等級(jí)時(shí)段內(nèi)，二次無機(jī)源占比較高，均維持在20%左右。

圖4 不同PM2.5 污染等級(jí)下源解析結(jié)果對(duì)比

2.4 重點(diǎn)污染源問題分析

結(jié)合主要污染源的風(fēng)向來源分析（第302 頁圖5）與主要污染源的貢獻(xiàn)占比日變化規(guī)律分析（第302頁圖6），得到重點(diǎn)污染源的時(shí)空分布規(guī)律。PM2.5高值區(qū)主要出現(xiàn)在西南方向，SO2和NO2北部和西南方向都有分布。機(jī)動(dòng)車尾氣源高值區(qū)在各個(gè)方向均有分布，在西南方向較為密集，日間時(shí)段占比相對(duì)出現(xiàn)下降，推測可能與日間時(shí)段的限行政策有關(guān)。燃煤源與SO2重合高值區(qū)出現(xiàn)在西南面，需關(guān)注該方向下電廠與企業(yè)鍋爐排放的影響。工業(yè)工藝源高值區(qū)在偏西面較為集中，高值時(shí)段為3 時(shí)至8 時(shí)。

圖5 太原市PM2.5、SO2、NO2 與主要污染源風(fēng)向來源熱點(diǎn)圖

圖6 主要污染源貢獻(xiàn)占比日變化規(guī)律

3 結(jié)論

1）2021 年10 月份太原市環(huán)境空氣優(yōu)良率為93.5%，與去年同期相比，空氣質(zhì)量改善明顯，太原市PM2.5濃度呈現(xiàn)北低南高的變化趨勢；

2）PM2.5主要組分水溶性離子中，二次離子三種離子占比最高，與去年同期相比，各離子組分濃度均有不同程度下降。在PM2.5占比中，二次離子有小幅增加；

3）PM2.5在線源解析結(jié)果表明，10 月份主要污染源為機(jī)動(dòng)車尾氣源、工業(yè)工藝源和二次無機(jī)源，三者占比達(dá)到PM2.5的67.5%；從重點(diǎn)污染源分析結(jié)果看，太原市10 月份顆粒物污染來自于西南風(fēng)向。